模板 两条链均复制 模板链转录 （不对称转录） NTP 原料 dNTP 酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 产物 子代双链DNA mRNA， tRNA，
（半保留复制） rRNA 配对 A-T；G-C A-U；T-A；G-C 引物 RNA引物 无 第四章 生物信息的传递（下） —从mRNA到蛋白质
翻译：指将mRNA链上的核甘酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核甘酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。 蛋白质合成的场所是核糖体。 蛋白质合成的模板是mRNA
模板与氨基酸之间的接合体是tRNA 蛋白质合成的原料是20种氨基酸 一、遗传密码?a?a三联子
（一）三联子密码：mRNA链上每三个核甘酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核甘酸就称为密码子或三联子密码(triplet coden) 。
●至1966年，20种氨基酸对应的61个密码子和三个终止密码子全部被查清。 （三）遗传密码的性质 1、 连续性
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。
从mRNA 5?端起始密码子AUG到3?端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。 2、简并性
由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon）。 3、通用性与特殊性
蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。 4、摆动性
转运氨基酸的tRNA上的反密码子需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，这种现象称为密码子的摆动性。 二、tRNA的结构、功能与种类
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（一） tRNA的结构
1、二级结构：三叶草形2、三级结构： ―L‖形 （二） tRNA的功能
1、解读mRNA的遗传信息 2、运输的工具，运载氨基酸 tRNA有两个关键部位：
● 3‘端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。 ●与mRNA结合部位—反密码子部位
tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。
1、起始tRNA和延伸tRNA
能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA称起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA。
真核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸是Met，起始AA-tRNA为Met-tRNAMet。
原核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸并不是 甲硫氨酸本身, 而是甲酰甲硫氨酸，起始AA-tRNA为fMet-tRNAfMet 2、同工tRNA
代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。
同工tRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能被相同的氨基酰-tRNA合成酶识别（P119）。 3、校正tRNA
无义突变校正tRNA：可以通过改变反密码子区校正无义突变
错义突变校正tRNA：通过反密码子区的改变把正确的氨基酸加到肽链上，合成正常的蛋白质。
无义突变：在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变就称为无义突变。 错义突变：由于结构基因中某个核甘酸的变化使一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密码子，这种基因突变叫错义突变。 GGA（甘氨酸） AGA（精氨酸） 四、氨酰-tRNA合成酶
? AA- tRNA合成酶是一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶，它既能识别tRNA，又能识别氨基酸，对两者都具有高度的专一性。 三、核糖体的结构与功能
核糖体是由rRNA（ribosomal ribonucleic acid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。 细菌是70s{50s\\30s} 哺乳动物是80s{60s\\\\40s} （二）核糖体的功能： 合成蛋白质
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在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。
●mRNA结合部位——小亚基
●结合或接受AA-tRNA部位（A位）——大亚基 ●结合或接受肽基tRNA的部位——大亚基 ●肽基转移部位（P位）——大亚基
●形成肽键的部位（转肽酶中心）——大亚基
四、蛋白质合成的过程(生物学机制） ? 氨基酸的活化 ? 翻译的起始 ? 肽链的延伸 ? 肽链的终止
? 蛋白质前体的加工 (一)氨基酸的活化
原核生物中，起始氨基酸是：甲酰甲硫氨酸
起始AA-tRNA是：fMet-tRNAfMet 真核生物中，起始氨基酸是：甲硫氨酸
起始AA-tRNA是：Met-tRNAMet (二)翻译的起始
原核生物（细菌）为例：
所需成分：30S小亚基、 50S大亚基、模板mRNA、 fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+
翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、
翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步： （P129） 1. 核蛋白体大小亚基分离
2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。 3.在IF-2和GTP的帮助下， fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。 4、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。 真核生物翻译起始的特点 ●核糖体较大,为80Ｓ； ●起始因子比较多；
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● mRNA 5′端具有m7Gppp帽子结构 ● Met-tRNAMet
● mRNA的5′端帽子结构和3′端polyA都参与形成翻译起始复合物； 真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物)
原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始复合物（P131）。 (三)肽链的延伸
肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核糖体结合、肽键的生成和移位。 延伸因子(elongation factor, EF) ：
原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)、 EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2
1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子
2、肽键形成：是由转肽酶/肽基转移酶催化
3、移位：核糖体向mRNA3‘端方向移动一个密码子。 需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子
A位点是新到来的氨酰-tRNA的结合位点。 P位点是肽酰- tRNA的结合位点。
E位点是延伸过程中释放tRNA的位点，即，去氨酰-tRNA通过E位点脱出，释放到核糖体外的胞质中。
（四）肽链的终止
RF1：识别终止密码子UAA和UAG 终止因子 RF2：识别终止密码子UAA和UGA
RF3：具GTP酶活性，刺激RF1和RF2活性，协助肽链的释放 真核生物只有一个终止因子（eRF） (五)蛋白质前体的加工
1、N端fMet或Met的切除 2、二硫键的形成
3、特定氨基酸的修饰
磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化 4、切除新生肽链中非功能片段 （六）蛋白质折叠
由核糖体合成的所有新生肽链必须通过正确的折叠才能形成动力学和热力学稳定的三位构象，从而表现出生物学活性或功能。
新生多肽→一级结构→二级结构→三级结构已经具有活性→（对于寡聚蛋白需要组装称为四级结构才有活性。 (七)蛋白质合成抑制剂
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? 青霉素、四环素和红霉素只与原核细胞核糖体发生作用，从而阻遏原核生物蛋白质的合成，抑制细菌生长。被广泛用于人类医学。
? 氯霉素和嘌呤霉素既能与原核细胞核糖体结合，又能与真核生物核糖体结合，妨碍细胞内蛋白质合成，影响细胞生长。氯霉素有时也用于治病，但剂量和周期受到较严控制。 五、蛋白质的运转机制 1、翻译-运转同步机制 2、翻译后运转机制
(1)线粒体蛋白质跨膜运转 (2)叶绿体蛋白质的跨膜运转 3、核定位蛋白的运转机制 4、蛋白质的降解 ?*蛋白质的合成位点与功能位点常常被细胞内的膜所隔开，蛋白质需要运转。 ?*核糖体是真核生物细胞内合成蛋白质的场所，任何时候都有许多蛋白质被输送到细胞质、细胞核、线粒体和内质网等各个部分，补充和更新细胞功能。
?*细胞各部分都有特定的蛋白质组分，蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活动的正常进行。 ?*细胞中蛋白质的合成：绝大多数在细胞质中合成；一小部分在细胞器（叶绿体和线粒体）中合成。 ?*定位于细胞器内的大部分蛋白质在细胞质中合成，细胞器内合成的留在细胞器内。 ?*蛋白质插入或穿过生物膜的过程称为蛋白质运转（protein translocation）。 蛋白质运转的两种方式
翻译-运转同步（co-translational translocation） ◆是即将进入内质网的蛋白质的易位方式；
◆蛋白质正合成的时候就可与运转装置结合；
◆蛋白质合成时，核糖体定位于内质网表面，称膜结合核糖体(membrane-bound ribosome）。
◆分泌蛋白质大多是以同步机制运输的
翻译后运转（post-translational translocation）
◆蛋白质翻译完成后从核糖体上释放，然合扩散至合适的靶膜并与运转装置结合。 ◆蛋白质合成时，其核糖体不与任何细胞器相连，称游离核糖体(free ribosome) ◆在细胞器发育过程中，由细胞质进入细胞器的蛋白质大多是以翻译后运转机制运输的。
◆参与生物膜形成的蛋白质，依赖于上述两种不同的运转机制镶入膜内。 蛋白性运转机制 主要类型 质 蛋白质在结合核免疫球蛋白、卵蛋分泌 糖体上合成，并以白、 翻译-运转同步机水解酶、激素等
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分子生物学课件重点整理 朱玉贤
